JP5556538B2 - 蓄熱装置とこれを用いた空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、水を含む蓄熱材に蓄えられた熱を熱交換器で回収する蓄熱装置とこれを用いた空気調和機に関する。

水は、蓄熱容量が大きいうえに低価格である理由から蓄熱材として多用されているが、低温における凍結防止のため、エチレングリコールなどの不凍性を有するニ価アルコールを混合した混合液を蓄熱材として使用するのが一般的である。しかしながら、この蓄熱材の沸点は１００℃強であり、蒸発し易いため、定期的にその混合液を補充しなければならない課題があった。この課題を解決するために、蓄熱材の上部に形成された油膜により、蓄熱材の蒸発を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図６Ａは、従来の蓄熱装置の断面図である。図６Ａにおいて、蓄熱装置１０は、金属製の蓄熱槽１と蓋体２とで構成された容器を備える。その容器の内部空間に、水を主成分とし３０％のエチレングリコールを含む蓄熱材３が収納され、これによって、低温における凍結を防止するようになっている。また、蓄熱装置１０において、容器の内部空間には、蓄熱材３に浸漬するように、放熱用熱交換器４と吸熱用熱交換器５とが多数本配置されている。蓄熱材３は、容器外に併設した蓄熱ヒータ６と放熱用熱交換器４とからの放熱を蓄熱する。このようにして得られた蓄熱は、吸熱用熱交換器５で回収され、その内部空間を流れる冷媒（図示せず）に伝達される。高温になった冷媒は、冷凍サイクル（図示せず）の暖房立ち上げ特性を改善するために利用される。

また、蓄熱材３の表面には、３ｍｍ程度の膜厚の油膜７が形成されており、蒸発による蓄熱材３の減少を抑制している。また、蓄熱材３から発生する蒸気が、容器の内部圧力を過度に高めないようにするとともに大気中に過度に放出されないようにするために、蓋体２には、微小な開口面積を有する蒸気抑制手段８（例えば、開口など）が設けられている。これに加えて、水温の過度の温度上昇により分子運動が活発になることで、蓄熱材３の一部が、蒸気抑制手段８を経由して容器の外に溢れない様にするために、油膜７と蓋体２との間には、空気層９が設けられている。

図６Ｂは、図６Ａの蓄熱装置１０を空気調和機に応用した例を示す図である。図６Ｂにおいて、空気調和機は、凝縮器を配置した室内ユニット１１と、膨張弁（図示せず）と、蒸発器を配置した室外ユニット１２と、圧縮機１３とを備え、これらで暖房用ヒートポンプを構成している。また、室内ユニット１１の後流と圧縮機１３の前流とには、吸熱用熱交換器５を有するバイパス流路１４が併設されており、ニ方弁１５を開くことで、冷媒が流れるようになっている。

圧縮機１３によって高温高圧となった冷媒は、放熱用熱交換器４により放熱し、その放熱は、蓄熱装置１０内の蓄熱材３に蓄熱される。蓄熱材３は、蓄熱装置１０に併設した蓄熱ヒータ６によってさらに加熱されて９３〜９７℃まで昇温される。これによって、蓄熱装置１０内には熱が蓄積される。これら蓄熱は、ニ方弁１５を開くことで流れる冷媒を、吸熱用熱交換器５を介して加熱し、温められた冷媒は圧縮機１３へと流れてゆく。この温冷媒は、最終的には凝縮器を配置した室内ユニット１１へと流れ、ここで熱交換されて暖房用温風が得られるしくみとなっている。

特開平１０−２８８３５９号公報

従来の蓄熱装置では、どのような種類の油膜７を使用するかが不明確である。例えば油膜７として有機シリコーン油を使用すると、この有機シリコーンは水に僅かであるが溶解するので、蓄熱材３の蒸発抑制能力が徐々に低下し、やがては蓄熱材３が蒸発してしまう。つまり、有機シリコーンを用いた場合、蓄熱装置１０の蓄熱能力が時間とともに低下する課題がある。また、加水分解して蟻酸及び／又は酢酸などの有機酸が生成されるので、蓄熱材３に浸漬した放熱用熱交換器４や吸熱用熱交換器５を腐食させる課題は有機シリコーンにもある。

それゆえに、本発明は、蓄熱材の蒸発を抑えて蓄熱材の補充をできるだけ不要とする蓄熱装置とこれを用いた空気調和機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、蓄熱材と蓄熱材の上部に積層される油層とを収容する容器と、容器内の蓄熱材に浸漬するよう配置された熱交換器とを備え、
油層は、流動点が互いに異なる２種類以上の炭化水素を主成分とし、少なくとも１種類の炭化水素の留分沸点は蓄熱材の沸点より大きい。

油層は、その留分沸点が蓄熱溶液の沸点より大きい炭化水素が主成分を含むので、水に溶け難いうえに蒸発し難く、蓄熱溶液の蒸発を抑制しその補充を不要とする。

本発明の実施の形態１に係る蓄熱装置の断面図 図１Ａに示す蓄熱材と油層の性状関係を示す図 蓄熱材と油層の各種組み合わせの特性を示す図 蓄熱材の種別・特性に対する熱交換器の耐防食性の検討結果を示す図 本発明の実施の形態６に係る蓄熱装置の横断面を上方から見た時の図 本発明の実施の形態６に係る蓄熱装置の縦断面図 本発明に係る蓄熱装置を用いた空気調和機の構成を示す図 従来の蓄熱装置の縦断面図 図６Ａの蓄熱装置を空気調和機に応用した例を示す図

本発明は、蓄熱材と蓄熱材の上部に積層される油層とを収容する容器と、容器内の蓄熱材に浸漬するよう配置された熱交換器とを備え、油層は、流動点が互いに異なる２種類以上の炭化水素を主成分とし、少なくとも１種類の炭化水素の留分沸点は蓄熱材の沸点より大きいことを特徴とする。

油層は、その留分沸点が蓄熱溶液の沸点より大きい炭化水素が主成分であるので、水に溶け難いうえに蒸発し難く、蓄熱溶液の蒸発を抑制しその補充を不要とする。また、油層は、炭化水素が主成分であるので、加水分解して蟻酸及び／又は酢酸などの有機酸が生成し難いうえに、その量がその下部の蓄熱溶液より微量であるので、蓄熱材に溶出する有機酸の量が微量となり、熱交換器の腐食が起こり難くなる。

具体的には、炭化水素は炭化水素は、飽和炭化水素である。また蓄熱材は、水と不凍性二価アルコールとの混合液を主成分とする。また、油層は、常温で液体の第１の油層と、
第１の油層と比重の異なる第２の油層とから構成される。これにより、蓄熱溶液揮発の抑制能力、油の蓄熱溶液への溶解性、有機酸生成の抑制能力のいずれとも良好な油層となる。

また、具体的には、油層の引火点（華氏温度）は、前記蓄熱材の沸点（華氏温度）より１．３倍以上高温である。これにより、常温での液体性、蓄熱溶液揮発の抑制能力、油の蓄熱溶液への溶解性、有機酸生成の抑制能力のいずれとも一層優れた油層を形成することができる。

また、好ましくは、前記熱交換器が銅系材料で、前記蓄熱材がＰＨ６〜１０の水溶液である。

また、前記容器は、凹部を有する蓋部と、前記蓋部が嵌合する箱部とを有しており、前記凹部の下端は蓄熱材又は油膜に浸かっていることを特徴とする。この構成によれば、熱交換器が空気に曝されることがなくなり、空気と水の接触に伴って発生する腐食が起こらなくなる。

また、本発明の蓄熱装置は空気調和機に利用可能である。

（実施の形態１）
図１Ａは、本発明の実施の形態１に係る蓄熱装置の断面図で、図１Ｂは、図１Ａに示す蓄熱材と油層の性状関係を示す図である。図１Ａにおいて、蓄熱装置２０は、箱部２１と蓋部２２とからなる蓄熱容器２３と、蓄熱容器２３の内部空間に充填された蓄熱材２４と、蓄熱材２４に浸漬された熱交換器２５とから少なくとも構成されている。蓄熱材２４は、水と不凍性ニ価アルコールの混合液を主成分とする溶液であり、その上部には、飽和炭化水素が主成分で、互いに分子量の異なる２種類の微量の油層２６ａと２６ｂが形成されている。

また、蓋部２２には、大気と連通する通気孔２７が設けられている。この通気孔２７の開口面積は、蓄熱材２４および油層２６の温度上昇に伴う蓄熱容器２３の内部圧力上昇を防止するために最適化されている。具体的には、通気孔２７を経由して上昇圧力を適度に大気中に放出するとともに、圧力を過度に放出し過ぎて、蓄熱材２４および油層２６の充填量が減少することが防止されるように、開口面積が最適化されている。また、圧力放出が円滑に行なわれるように、油層２６と蓋部２２との間には、空気層からなる隙間２８が設けられている。

蓄熱装置２０における蓄熱材２４への蓄熱とその回収方法は、２種類ある。１つは、熱交換器２５を放熱源として利用する方法である。具体的には、温水や温かい冷媒などの熱媒体が、熱交換器２５の流入口２９から流入して流出口３０から流出する間に、熱媒体の熱が蓄熱材２４に放出される。放出された熱は蓄熱材２４に蓄積される。１つめの方法はこのようにして蓄熱させる。それに対し、回収方法は以下の通りである。水道水や冷たい冷媒などを流すために別途熱交換器（図示せず）が熱交換器２５に併設される。この別の熱交換器に冷たい冷媒を流し、蓄熱材２４から熱を回収する。

別の蓄熱・回収方法は以下の通りである。つまり、蓄熱容器２３の外側またはその内部空間に、熱媒体が流れる新たな熱交換器（図示せず）や加熱源（図示せず）を併設する方法である。これら熱源から蓄熱材２４への蓄熱を、流入口２９から水道水または冷たい冷媒などが流れる熱交換器２５が、蓄熱材２４から熱を回収して、回収した熱を流出口３０に接続された機器（図示せず）に伝達する。

以下、蓄熱容器２３の具体的な製法について説明する。まず、蓄熱容器２３の箱部２１と蓋部２２は、ＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）で成型することで得る。次に、箱部２１の内部空間に、銅の蛇管からなる熱交換器２５を配置し、エチレングリコールまたはプロピレングリコールに水を混合した混合液を主成分とする蓄熱材２４を注入した。その後、蓄熱材２４に油を注入して、蓄熱材２４の上部に微量の油層２６を形成し、最後に、通気孔２７を有する蓋部２２を、箱部２１に積層し嵌合させて蓄熱容器２３を完成させる。

次に、蓄熱材２４について詳説する。エチレングリコールについては沸点が１９８℃で凍結温度が−１３℃であり、プロピレングリコールについては沸点が１８７℃で凍結温度が−５９℃であり、いずれも不凍性ニ価アルコールである。これら不凍性ニ価アルコールと水を任意の割合に混合し、銅の防錆剤であるアゾール（例えば、ベンゾトリアゾール、メルカプトベンゾトリアゾール、トリルトリアゾールなど）と、ＰＨを６〜１１、さらに好ましくはＰＨ７〜１０に調整するためのＰＨ調整剤（炭酸ナトリウム、珪酸ナトリウムなど）とをさらに混合して種々の蓄熱材２４を得た。例えば、エチレングリコール８５％と水１５％の混合溶液は、沸点が１３０℃で凍結温度が−４３℃、エチレングリコール３０％と水７０％の混合溶液は、沸点が１０３℃で凍結温度が−１５℃となる。一方、プロピレングリコール８５％と水１５％の混合溶液は、沸点が１２０℃で凍結温度が−５３℃、プロピレングリコール３０％と水７０％の混合溶液は、沸点が１０２℃で凍結温度が−１５℃となる。これら物性を纏めると、調合した蓄熱材２４は、沸点が１０２〜１３０℃で凍結温度が−５３〜−１５℃の物性内にある溶液となる。そこで、代表的な蓄熱材２４とし上記の４種類を使用して、以後の検討をおこなった。

この代表的な４種類の蓄熱材２４に、図１Ｂに示すように、蓄熱材２４の沸点より大きい沸点を有する油を注入して、その上部に微量の油層２６を形成し、特性を評価した。その結果を、図２に示す。

図２に示すように、油としては、炭化水素の種別、炭素数、開始温度、留分沸点が各々異なる９種類を使用しており、その各々を比較例（ａ），（ｂ），（ｃ）、本発明（１），（２），（３），（４），（５），（６）と命名した。特性評価は、常温（日本工業規格に従って５〜３５℃と規定）での液体性、蓄熱材揮発の抑制能力、油の蓄熱材への溶解性、有機酸生成の抑制能力を測定し、測定値に応じて「優れる」「比較的優れる」「良好」「不充分」「極度に劣る」の５段階でランク分けし、その各々を「◎」「◎〜○」「○」「△」「×」の記号で表現している。また特に、３つの特性（蓄熱材揮発の抑制能力、油の蓄熱材への溶解性、有機酸生成の抑制能力）に関してはその評価は、「優れる◎」は水温１００℃でも使用可能、「比較的優れる◎〜○」は水温８０℃なら使用可能、「良好○」は水温６０℃なら使用可能、「極度に劣る×」は水温６０℃以下なら使用できるがそれ以上の温度では使用不可能、という表現とした。

さらに、上記の油層２６を流動点の異なる２種類以上の油層２６ａ，２６ｂとの組み合わせで蓄熱材の揮発量を評価した結果、単体の油層２６とした場合に比べ最大で１／１０以下の揮発量の減少を確認できた。

本発明（１），（２），（３），（４），（５），（６）は、飽和炭化水素が主成分の油を使用しており、この油を流動点が異なる２種類の油として油層２６として形成することによっても、いずれの特性とも「優れる◎」「比較的優れる◎〜○」「良好○」であるので、水温６０℃なら使用できる良好な油であった。

なお、不凍性を有するニ価アルコール（不凍性ニ価アルコール）は、沸点が２４４℃で凍結温度がー１０℃であるジエチレングリコールを使用しても、同様な効果が得られた。

（実施の形態２）
実施の形態２は、蓄熱材２４で使用する不凍性ニ価アルコールと、油層２６で使用する飽和炭化水素について、最適な組み合わせとなる種別を検討した内容である。

図２の本発明（１），（２），（３），（４），（５），（６）に記載したように、蓄熱材２４は不凍性ニ価アルコールとしてエチレングリコールまたはプロピレングリコールを使用し、油層２６として、例えば本発明（１）の常温で固体である飽和炭化水素と、本発明（２），（３），（４），（５），（６）のいずれかなど、常温で液体性を有する油とを組み合わせて、油層２６ａ，２６ｂを形成した。このように流動点が異なる２種類の油層を形成した場合、それぞれが常温で液体の油で形成した油層２６ａ，２６ｂとは異なり、常温下では固体の油層２６ａが蓄熱材２４の上に形成され、その油層２６ａの上に液体の油層２６ｂが形成される。なお、このような油層の形成は、比重の異なる２種類の油層を選択することによっても実現できる。これにより、蓄熱材揮発の抑制能力、油の蓄熱材への溶解性、有機酸生成の抑制能力のいずれとも、「優れる◎」「比較的優れる◎〜○」「良好○」となり、水温６０℃以上において使用できる良好な油であった。このように蓄熱材揮発の抑制能力などが良好であるため、蓄熱材の補充の頻度が少ない蓄熱装置が得られることになる。

（実施の形態３）
実施の形態３では、蓄熱材２４の蒸発性と、油層２６で使用する飽和炭化水素の蒸発性について、最適な関係を検討した。検討の結果、蓄熱材２４の蒸発性は沸点で代替し、油層２６で使用する飽和炭化水素の蒸発性は引火点で代替することとした（図１Ｂを参照）。そして、油層２６はその引火点（華氏温度）が、蓄熱材２４の沸点（華氏温度）の１．３倍以上の高温にある特性とすると、優れた油となることが判明し、その結果、蓄熱材の補充頻度が少ない蓄熱装置が得られた。以下、詳細に検討内容を説明する。

液体は、室温では液体であってもその一部は蒸気となって揮発しており、温度が高いほど蒸発性が高くなってゆく。揮発した蒸気には、それぞれの温度において液体と平衡状態となる圧力があり、この圧力は蒸気圧と呼ばれている。例えば、水の蒸気圧は、２０℃で２３ｈＰａ、８０℃で５７５ｈＰａ、１００℃で１０１３ｈＰａであり、どの液体も温度が高いほど、蒸気圧は高くなってゆく。沸点は、液体状態での蒸気圧が、周囲の気体の圧力と等しくなる温度であり、水の場合は、１気圧（１０１３ｈＰａ）において１００℃である。

このことは、油層２６で使用する飽和炭化水素でも同様であり、温度が高いほど、炭化水素が多く蒸発して蒸気圧は高くなってゆくが、その蒸発量が多いと引火という新たな問題が発生してくる。引火とは、液体の炭化水素を一定の昇温で加熱し、これに火炎を近づけたとき、瞬間的に炭化水素が燃えてそこに新しい火ができる現象のことであり、この引火に必要な濃度の蒸気を発生する最低温度を、引火点という。引火点の高低は、蒸発性の大小や蒸気圧の大小の目安として一般に用いられており、一般に、引火点の温度が高いほど、蒸発し難く、同―温度における蒸気圧が低い傾向にある。

本発明（６）の油層２６で使用する飽和炭化水素のパラフィン（炭素数Ｃ１５）を例にして、引火点、蒸気圧、沸点の関係を説明する。パラフィン（炭素数Ｃ１５）は、ペンタデカン（Ｃ１５Ｈ３２）であり、融点（流動開始温度）が１０℃、引火点が１３２℃、沸点が２７０℃の物性を有する。蒸気圧は、９２℃で１ｈＰａ、引火点１３２℃で１０ｈＰａ、沸点２７０℃で１０１３ｈＰａであり、温度が高くなるほど蒸気圧が大きくなって、炭化水素が蒸発し易くなることがわかる。

本発明（５）の油層２６で使用する飽和炭化水素は、炭素数Ｃ４０〜２０の鉱油である。この鉱油は、本発明（６）のパラフィン（炭素数Ｃ１５）と比較して、炭素数が大きいが側鎖を多数設けた分子構造とすることで、融点（流動開始温度）を−１２℃まで低下させており、このことで常温（５〜３５℃）での液体性を確保している。また、本発明（５）の鉱油は、引火点は１６９℃であり、本発明（６）のパラフィン（炭素数Ｃ１５）の１３２℃と比較して高いので、炭化水素が蒸発し難いことがわかる。また、このことは、同一温度における蒸気圧が、本発明（５）の鉱油の方が、本発明（６）のパラフィン（炭素数Ｃ１５）と比較して小さいことを意味する。

この様に、引火点は、炭化水素の蒸発し難さに大きく関与しており、その温度が高いほど、炭化水素の蒸発し難いことを意味し、炭化水素の炭素数が大きいほど、引火点が高温となり蒸発し難くなる。また、沸点も同様な傾向にあり、炭化水素の炭素数が大きいほど、沸点が高温となり蒸発し難くなる。

そこで、蓄熱材２４の蒸発性を沸点で代替し、油層２６で使用する飽和炭化水素の蒸発性を引火点で代替して、両者の関係を検討した。図２に記載した様に、蓄熱材２４は、沸点が１０２〜１３０℃の溶液である。本発明（５）の油層２６は、引火点が１３２℃と、蓄熱材２４の最高沸点１３０℃と略同じであるので、いずれの特性とも「良好○」である。

一方、本発明（５）の油層２６は、引火点が１６９℃と、蓄熱材２４の最高沸点１３０℃に対して１．３倍の高温であるので、いずれの特性と「比較的優れる◎〜○」になる。さらに、本発明（２），（３），（４）の油層２６は、引火点が２９０℃や２５０℃さらに２４０℃と、蓄熱材２４の最高沸点１３０℃に対して２．２３倍や１．９２倍さらに１．８５倍と高温であるので、いずれの特性と「優れる◎」になる。

この様に、油層２６はその引火点（華氏温度）が、蓄熱材２４の沸点（華氏温度）より少なくとも１．３倍以上の高温にあると、常温での液体性、蓄熱材揮発の抑制能力、油の蓄熱材への溶解性、有機酸生成の抑制能力のいずれとも「比較的優れる◎〜○」や「優れる◎」と飛躍的に向上し、水温８０℃以上でも使用できる優れた油になる。また特に、油層２６はその引火点（華氏温度）が、蓄熱材２４の沸点（華氏温度）の１．８５倍以上の高温にあると、いずれの特性とも「優れる◎」となり、水温１００℃でも使用できる、さらに優れた油となる。

（実施の形態４）
実施の形態４は、熱交換器２５として銅系材料を使用した場合に、良好な耐腐食性を示す蓄熱材２４の液性について検討した内容である。

前述の代表的な４種類の蓄熱材２４は、エチレングリコールやプロピレングリコールの不凍性ニ価アルコールと水の混合溶液に、銅の防錆剤であるアゾール（例えば、ベンゾトリアゾール、メルカプトベンゾトリアゾール、トリルトリアゾールなど）と、ＰＨ調整剤（炭酸ナトリウム、珪酸ナトリウムなど）をさらに混合してＰＨを６〜１０に調整した溶液である。そこで、これら蓄熱材２４に銅系材料である熱交換器２５を６０℃で所定期間浸漬した際の、銅の耐腐食性をＰＨごとに評価した。
その検討結果を図３に示す。評価は、溶出した銅イオンの濃度を測定し、測定値に応じて銅の耐腐食性を「優れる」「良好」「不充分」「極度に劣る」の４段階でランク分けし、その各々を「◎」「○」「△」「×」の記号で表現している。

銅の防錆剤であるアゾールが混合されたＰＨ６〜１０の本発明Ｉ〜ＩＶは、銅の耐腐食性が「良好○」や「優れる◎」となり、銅の耐腐食性に良好な油である。また、ＰＨ７〜
１０の本発明Ｉ〜ＩＶは、特に銅の耐腐食性が「優れる◎」となり、銅の耐腐食性に優れた油である。その結果、蓄熱材の補充頻度がさらに少ない一層高品質の蓄熱装置が得られた。一方、比較例ＩＩやＩＩＩ の様に、アゾールが混合されたＰＨ６未満やＰＨ１０を超える蓄熱材は、銅の耐腐食性が「不充分△」となり、不適格な油である。また、比較例ＩやＩＶの様に、アゾールが混合されていないＰＨ６やＰＨ１０の蓄熱材は、銅の耐腐食性が「極度に劣る×」となり、不適格な油である。

（実施の形態５）
実施の形態５は、蓄熱装置２０の詳細な構造に関する。

図１にも示すように、蓋部２２には、凹部３１、つまり、縦断面が略Ｕ字形の部分３１がある。熱交換器２５は、凹部３１の底部３２を貫通し、底部３２で固定される。また、実施の形態１でも述べた通り、蓋部２２は、熱交換器２５を収納する箱部２１と嵌合し、蓄熱容器２３を構成している。

油層２６の上側油面が、底部３２の下端に到達している。しかし、底部３２を除く蓋部２２には、油層２６の上側油面は到達しておらず、その上部空間に空気の隙間（空気層）２８が形成されている。このようにすることで、熱交換器２５の大部分が常に蓄熱材２４に浸漬されるようになる。言い換えると、熱交換器２５は、蓄熱容器２３において空気層２８に曝されることがない。なお、蓄熱材２４が、底部３２の下端に到達していても良い。このような構成にすることで、熱交換器２５は、空気に曝されることがないので、空気と水の接触に伴って発生する腐食が起こらなくなり、耐腐食性の向上が図れる利点が生じる。

（実施の形態６）
実施の形態６は、加熱源の廃熱を蓄熱材に有効に蓄熱できる蓄熱装置２０の構造に関する。以下、図４Ａ，図４Ｂを参照してその構造を説明する。

図４Ａは、本発明の実施の形態６に係る蓄熱装置の横断面を上方から見た時の図である。また、図４Ｂは、同蓄熱装置の縦断面図である。なお、図４Ｂは、図４ＡのＡＢ線の切断面を示し、図４Ａは、図４ＢのＣＤ線の切断面を示している。

図４Ａ，図４Ｂにおいて、蓄熱装置２０は、箱部２１を構成する容器壁の一部を耐食性の金属箔を含有する薄板３４とし、薄板３４に、圧縮機、電気ヒータまたは熱交換器などの加熱源３５を接触させて併設し、その廃熱が効果的に蓄熱材２４に蓄熱できる様にしている。この薄板３４は、ステンレス箔単独または、その両面または片面にＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）などの樹脂薄膜を積層した構成としたので、より一層廃熱を効果的に蓄積可能な蓄熱装置が得られた。

（実施の形態７）
実施の形態７は、加熱源の廃熱を蓄熱材に有効に蓄熱できる蓄熱装置２０の構造に関する。以下、図４Ａ，図４Ｂを援用して、その構造を説明する。

図４Ａ，図４Ｂにおいて、蓄熱装置２０は、その箱部２１の側面の一部を薄板３４とし、薄板３４で加熱源３５（圧縮機等）の一部を覆う構成とし、その廃熱を蓄熱材２４にさらに効果的に蓄熱できる様にした。

（実施の形態８）
実施の形態８は、蓄熱装置をヒートポンプの暖房流路に応用して、効果的に暖房をおこなう空気調和機に関する。以下、図５を参照してその構成を説明する。

図５において、ヒートポンプ式の空気調和機は、暖房を行なう場合、凝縮器４０と膨張弁４１と蒸発器４２と圧縮機４３を順々に配管で接続して冷媒が流れる暖房用ヒートポンプ循環路４４を形成し、室内に配置した凝縮器４０で温風を得る構成の空気調和機である。圧縮機４３は、圧縮室内で冷媒を連続的に圧縮して高温高圧のガスにするためにモーターを有しており、モーター運転に大電力を必要とするため、熱を発する加熱源となっている。この空気調和機は、圧縮機４３の周囲に、前述の実施の形態で説明した蓄熱装置２０を併設し、その構成部材の１部である薄板３４を介して、発生する熱を蓄熱材２４に蓄熱するようにした。この構成にすると、蓄熱材２４に蓄熱された圧縮機４３の熱が、熱交換器２５で回収され、その内部を流れる冷媒の加熱に利用される様になる。

まず、この空気調和機が暖房をおこなう際の通常の冷媒の流れを説明する。圧縮機４３で圧縮され高温高圧となった冷媒ガスは、凝縮器４０に送られここで、高温の冷媒熱は凝縮器４０において空気と熱交換してその熱を温風として室内に放熱し、中温高圧の液体となる。その後、中温高圧の液体冷媒は、暖房用ヒートポンプ循環路４４を経由して膨張弁４１に送られ、ここで膨張して低温低圧の液体冷媒となり、蒸発器４２に送られる。低温の冷媒熱は、蒸発器４２において空気と熱交換してその冷熱を冷風として室外に放熱し、中温高圧のガスとなり圧縮機４３に送られる。圧縮機４３で圧縮され高温高圧の冷媒ガスは、再び凝縮器４０に送られ以後、前述の流れを繰り返す。

次に、圧縮機４３の熱を熱交換器２５で回収して冷媒の加熱に利用し、その回収熱を蒸発器４２の霜取りに利用する構成について説明する。この蓄熱除霜を行なうために、この空気調和機は、２つのバイパス冷媒流れ路とこの冷媒流れ路に関連する３つの弁を、暖房用ヒートポンプ循環路４４に併設する構成とした。１つのバイパス冷媒流れ路は、凝縮器４０の後流と圧縮機４３の前流をバイパスして接続する蓄熱用バイパス路４５であり、この流路４５には電磁弁（蓄熱回収路用）４６を配置した。他１つのバイパス冷媒流れ路は、圧縮機４３の後流と蒸発器４２の前流をバイパスして接続する除霜用バイパス路４７であり、この流路４７には電磁弁（除霜路用）４８を、暖房用ヒートポンプ循環路４４には四方弁４９を配置した。

蓄熱回収を行なう冷媒流れを説明する。電磁弁（蓄熱回収路用）４６が作動し、凝縮器４０から送られてくる中温高圧の液体冷媒は、蓄熱用バイパス路４５を経由して、蓄熱装置２０に配置した熱交換器２５に導入される。そして、熱交換器２５で圧縮機４３の熱を回収し、温度上昇した冷媒は、圧縮機４３に送られ圧縮されてさらに温度上昇する。つぎに除霜の流れを説明する。電磁弁（除霜用）４８と四方弁４９が作動し、圧縮機４３から送られてきた温度上昇した冷媒は、除霜用バイパス路４７を経由して蒸発器４２に流入し、ここに付着した霜の除霜に使用される。その後、蒸発器４２を通過した冷媒は、四方弁４９を経由して直接に凝縮器４０へと流れる。なお、電磁弁（蓄熱回収路用）４６や電磁弁（除霜路用）４８さらに四方弁４９は、図５に記載した場所に制約されることがなく、その役割をおこなうことができる最適な場所に最適な個数配置される。

冷媒が蓄熱用バイパス路４５と除霜用バイパス路４７を流れる前述の蓄熱回収と除霜は、暖房運転時や寒い朝に蒸発器４２に霜が付着し、付着した霜を除霜する時を行なわれ、この構成と冷媒流れのため、空気調和機は、ノンストップで暖房をおこなうことや寒い朝でも短時間で暖房をおこなうことができ、いつでも快適な暖房機器となる。また同時に、省エネな暖房機器となる。

本発明の蓄熱装置は、いつでも快適で省エネなエアコンとしてヒートポンプ式の空気調和装置や、風呂水を保温する省エネな給湯機器、低価格な深夜電力による発熱を蓄熱して
朝の暖房に使用する省エネな暖房機器などに、用いることができる。

２０ 蓄熱装置
２１ 箱部
２２ 蓋部
２３ 蓄熱容器
２４ 蓄熱材
２５ 熱交換器
２６ 油層
２７ 通気孔
２８ 隙間（空気層）
３１ 凹部
３２ 底部
３４ 薄板
３５ 加熱源
４０ 凝縮器
４１ 膨張弁
４２ 蒸発器
４３ 圧縮機
４４ 暖房用ヒートポンプ循環路
４５ 蓄熱用バイパス路
４６ 電磁弁（蓄熱回収路用）
４７ 除霜用バイパス路
４８ 電磁弁（除霜路用）
４９ 四方弁

Claims (12)

1. 蓄熱装置であって、
   蓄熱材と前記蓄熱材の上部に積層される油層とを収容する容器と、
   前記容器内の蓄熱材に浸漬するよう配置された熱交換器とを備え、
   前記油層は、流動点が互いに異なる２種類以上の炭化水素を主成分とし、少なくとも１種類の炭化水素の留分沸点は前記蓄熱材の沸点より大きい、蓄熱装置。
2. 前記炭化水素は、飽和炭化水素であることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置。
3. 前記蓄熱材は、水と不凍性二価アルコールとの混合液を主成分とする、請求項１または２に記載の蓄熱装置。
4. 前記油層は、常温で液体の第１の油層と、前記第１の油層と比重の異なる第２の油層とから構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
5. 前記油層の引火点（華氏温度）は、前記蓄熱材の沸点（華氏温度）より１．３倍以上高温である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
6. 前記熱交換器が銅系材料で、ＰＨ６〜１０の水溶液である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
7. 前記熱交換器は、蓄熱溶液層に蓄熱された熱を回収する蓄熱用熱交換器であり、前記蓄熱溶液を加熱する加熱源をさらに備えた請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
8. 前記加熱源は、蓄熱溶液層の外部に設けられ、蓄熱用熱交換器は、蓄熱容器の内部で前記蓄熱溶液層に浸漬する位置に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の蓄熱装置。
9. 前記容器は、凹部を有する蓋部と、前記蓋部が嵌合する箱部とを有しており、前記凹部の下端は前記蓄熱材もしくは前記油層に浸かっていることを特徴とする、請求項１〜８のい
   ずれか１項に記載の蓄熱装置。
10. 前記蓄熱容器は、前記加熱源を囲むように設けられていることを特徴とする請求項７または８に記載の蓄熱装置。
11. 前記蓄熱容器は、熱伝導性部材を介して前記加熱源と接触していることを特徴とする請求項７または８に記載の蓄熱装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の蓄熱装置を備えることを特徴とする空気調和装置。